Question

【題目】綜合題：

氫氣是清潔的能源，也是重要的化工原料，根據以下三種制氫方法。完成下列問題：

（1）方法一：H2S熱分解法，反應式為：2H2S（g）2H2（g）+S2（g）△H

在恒容密閉容器中，測定H2S分解的轉化率（H2S的起始濃度均為cmol/L），測定結果見下圖，圖中曲線a表示H2S的平衡轉化率與溫度關系，曲線b表示不同溫度下反應經過相同時間未達到化學平衡時H2S的轉化率。

①△H0，（“＞”、“＜”或“=”）。

②若985℃時，反應經tmin達到平衡，此時H2S的轉化率為40%，則tmin內反應速率v（H2）=

（用含c、t的代數式表示）。

③請說明隨溫度的升高，曲線b向曲線a接近的原因：。

（2）方法二：以CaO為吸收體，將生物材質（以C計）與水蒸氣反應制取H2。相關主要反應如下：

I：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H=+131.0kJ/mol

Ⅱ：CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H=-43kJ/mol

Ⅲ：CaO（s）+CO2（g）═CaCO3（s）△H=-178.3kJ/mol

①計算反應C（s）+2H2O（g）+CaO（s）CaCO3（s）+2H2（g）的△H=kJ/mol；

若K1、K2、K3分別為反應I、Ⅱ、Ⅲ的平衡常數，該平衡常數K=（用K1、K2、K3表示）。

②對于可逆反應C（s）+2H2O（g）+CaO（s）CaCO3（s）+2H2（g），采取以下措施可以提高H2產率的是。（填字母）

A．降低體系的溫度

B．壓縮容器的體積

C．增加CaO的量

D．選用適當的催化劑

（3）方法三：利用甲醇可以與水蒸氣反應制取H2，反應方程式如下：

CH3OH（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）△H＝+49.4kJ/mol

一定溫度下，向容積為2L的密閉恒容容器中充入1molCH3OH（g）和3molH2O（g），達到平衡狀態時，吸收熱量19.76kJ。則

①達平衡時混合氣體的壓強是反應前的倍。

②此溫度下的該反應的平衡常數是（保留兩位有效數字）。

Answer 1

【答案】（1）＞；②mol/（L·min）；③溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需時間縮短；（2）-90.3；K1·K2·K3；②A；

（3）①1.2②0.11mol2/L2

【解析】

試題分析：（1）①由圖象可知，溫度升高，轉化率增大，則平衡正移，所以正方向為吸熱方向，即△H＞0；

②H2S的起始濃度均為cmolL-1，若985℃時，反應經tmin達到平衡，此時H2S的轉化率為40%，則參加反應的硫化氫為cmolL-1×40%＝0.4cmolL-1，v＝△c÷△t＝0.4c/tmol·L－1·min－1；

③隨著溫度升高，反應速率逐漸加快，達到平衡所需時間縮短，所以曲線b向曲線a逼近；

（2）①已知：

I：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H=+131.0kJ/mol

Ⅱ：CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H=-43kJ/mol

Ⅲ：CaO（s）+CO2（g）═CaCO3（s）△H=-178.3kJ/mol

則根據蓋斯定律可知I+Ⅱ+Ⅲ即得到反應C（s）+2H2O（g）+CaO（s）CaCO3（s）+2H2（g）△H＝-90.3kJ/mol，平衡常數K＝K1K2K3；

②提高H2產量，則需使平衡正向移動，已知C（s）+2H2O（g）+CaO（s）CaCO3（s）+2H2（g）的△H＝-87.9kJmol-1；A．該反應為放熱反應，降低體系的溫度，平衡正移，則能提高H2產量，A正確；B．該反應前后氣體體積不變，使各氣體組分濃度均加倍，則壓強增大，平衡不移動，所以H2產量不變，B錯誤；C．增加CaO的量，對平衡無影響，所以H2產量不變，C錯誤；D．催化劑不能改變平衡狀態，D錯誤；答案選A；

（3）達到平衡狀態時，吸收熱量19.76kJ，則根據熱化學方程式可知消耗甲醇的物質的量是19.76kJ÷49.4kJ/mol＝0.4mol，則

CH3OH（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）

起始量（mol）1300

轉化量（mol）0.40.40.41.2

平衡量（mol）0.62.60.41.2

平衡濃度（mol/L）0.31.30.20.6

①達平衡時混合氣體的壓強是反應前的倍。

②此溫度下的該反應的平衡常數K＝＝0.11mol2/L2。